Příchod hackerů: kybernetika kam se podíváš

Lukáš Erben 21. 4. 2015

Podivná všeobjímající věda o řízení a ovládání systémů zasáhla do řady dalších oborů – od biologie přes počítačové vědy, konstruktérství, management, matematiku, psychologii a sociologii až po svět umění. Ale také „imperialistická“ či „buržoazní“ pavěda, která byla v socialistickém bloku tabu: Kybernetika.

minulém díle jsme vás seznámili s autorem kybernetické teorie Norbertem Wienerem a jeho příběhem, potažmo příběhem, který vedl ke zrodu nové vědní disciplíny. Vysvětlili jsme, že základním principem (či esencí) kybernetiky je trojice systém-pozorovatel-model a její hlavní přínos spočívá v definování obecných pravidel pro vytváření systémových modelů a hledání cest, jak je (a jejich prostřednictvím systémy, jež jsou předlohou) řídit.

Wiener pochopitelně nebyl jediný, kdo se problematikou systémů, modelů, informací a využití zpětné vazby v první polovině 20. století zabýval. Vedle Wienerových předchůdců z dob historických a prehistorických, jako byli minule zmínění André Marie Ampére či James Watt, to bylo i několik významných současníků – jak už to tak bývá, vývoj techniky a vědních oborů občas dojde do fáze, která je doslova těhotná novým objevem a jde jen o to, kdo má nejlepší předpoklady k tomu, aby bádání posunul o výrazný krok vpřed.

Jak dostat víc hovorů na jednu linku

Prvním, kdo se problematice řídících systémů věnoval v pro nás relativně blízké oblasti elektrotechniky, byl Harold Stephen Black. Black se narodil o šest let dříve než Wiener a coby elektroinženýr se zajímal především o svůj obor – problematiku signálových zesilovačů, které konstruoval v Bellových Telefonních Laboratořích.

Black řešil problém, který existuje u prakticky u všech zesilovačů – jejich nelineárnost. Běžné zesilovače prostě při zesílení signálu přidávají šum a zkreslení. U špičkových audio komponent to mohou být jen velmi malá zkreslení a šum, plně je eliminovat je nicméně velmi obtížné. Ve 20. letech minulého století, kdy se jako hlavní zesilovací prvek používaly elektronky s poměrně vysokou úrovní zkreslení, se ale jednalo o zásadní problém. V telefonních sítích totiž mohl být signál zesilován v řadě opakovaných cyklů, což nejen zhoršovalo jeho kvalitu, ale především omezovalo přenosovou kapacitu dálkových telefonních linek.

Harold Stephen Black po 2. světové válce

Black nejprve vylepšil základní konstrukci zesilovače, když přidal prvky, které umožňovaly porovnat signál na vstupu a výstupu a přidaly signál opačný ke zkreslení, který jej potlačil. Byl to krok vpřed, nikoliv však revoluce. Ta přišla až v srpnu 1927, když Black cestoval na trajektu přes řeku Hudson a náhle přišel na to, jak vše udělat jinak. Protože neměl po ruce blok, namaloval a sepsal svůj nápad na stránku New York Times, podepsal, označil datem a následně odnesl uložit do kanceláře v Bell Labs. Black cestou do práce navrhl zesilovač s negativní zpětnou vazbou, který (zjednodušeně řečeno) odečítá část svého výstupního signálu od vstupního. Tím se sice snižuje celkový zisk (a tedy i výstupní výkon), zároveň se ale výrazně snižuje zkreslení a hladina šumu.

Neměl ale vyhráno. Na přelomu 20. a 30. let byla stavba zesilovačů mladým oborem a většina konstruktérů nechápala, proč by mělo být dobré obětovat velkou část cenně získaného zesílení pro snížení zkreslení a šumu. Na stejný problém narážel Black dokonce i na patentovém úřadě, a tak musel na udělení patentu čekat dlouhých 10 let. Paradoxně se nakonec patent stal jedním z cenných aktiv Bell Labs a probíhaly o něj i rozsáhlé soudní spory. Princip negativní zpětné vazby byl základem operačních zesilovačů, které pro změnu umožnily konstrukci prvních analogových a posléze i digitálních počítačů. Zpětná vazba se navíc měla stát jedním z nejzákladnějších a nejjednodušších mechanismů, s nimiž pracuje kybernetická teorie.

Základní schéma zesilovače s negativní zpětnou vazbou

Filozofem se jeden může stát později

Dítko z maďarské šlechtické rodiny, jehož děd byl ředitelem rakouských státních divadel v Klagenfurtu, Grazu a Vídni a otec vysoce postaveným úředníkem na železnici (dnes bychom patrně řekli manažerem) – Ludwig von Bertalanffy byl jakýmsi rakousko-uherským šlechtickým obrazem Norberta Wienera. Nebyl možná zázračným dítkem, ale vyrůstal coby jedináček s těmi nejlepšími domácími učiteli a když se pustil do vysokoškolských studií, bylo pro něj nejtěžší rozhodnout se mezi vědeckou filozofií a biologií. Nakonec si vybral to druhé, protože, jak sám říkal, „filozofem se jeden může stát i později, biologem ne.“

Přesto ve své doktorské práci v roce 1926 navázal na práci filozofa a psychologa Gustava Fechnera. Své hlavní dílo ale publikoval až o osm let později, v roce, kdy se stal profesorem na Vídeňské univerzitě. Jednalo se o matematický model růstu organismů (individuální růstový model), jehož nejjednodušší variantou je diferenciální rovnice přírůstku délky v čase. Podstatné je, že Bertalanffyho práce se stala základem pro teorii otevřených soustav a obecnou systémovou teorii. Ta nahradila tradiční modely uzavřených systémů založených na druhém termodynamickém zákonu, které byly pro popis (a modelování) živých organických systémů nevhodné. Bertalanffy také hledal způsoby, jak principy univerzálních systémů (zejména zpětnou vazbu, informace a komunikaci) aplikovat na společenské vědy jako je antropologie, ekonomika, politické vědy či psychologie. Biologická a humanitní část kybernetiky (ta se měla stát později jednou z hlavních příčin jejího zapovězení v komunistickém impériu) se tak zrodila v Rakousku.

Kolektivní vědomí

Kolem témat, otázek a problémů, které se měly v roce 1948 „stát“ kybernetikou kroužila ve 30. a na počátku 40. let řada dalších slavných jmen. Byli mezi nimi Jay Forrester, pozdější konstruktér armádního počítače Whirlwind, který se v 50. letech stal zakladatelem oboru systémové dynamiky. Edwards Deming, jenž později napsal knihu Total Quality Management a o problematiku řídících systémů a zpětné vazby se zajímal zejména z hlediska ekonomie (nebyla ale asi náhoda, že v roce 1927 působil coby mladý stážista u Bell Labs). Principu zpětné vazby se věnoval ve třicátých letech v Rusku také biolog a fyziolog Pjotr Kuzmič Anochin. Počátkem 40. let pak John von Neumann navrhl svůj celulární automaton a univerzální konstruktor, které byly dalšími prvky budoucí kybernetiky – představovaly teoretický koncept sebereplikace.

widgety

Základní stavební kameny kybernetiky se tak pomalu skládaly. Přesto s myšlenkou sjednotit nedávný výzkum v oblasti aplikované matematiky, fyziky a telekomunikací kupodivu nepřišel Wiener sám. Nápad se zrodil v hlavách skupiny francouzských matematiků, kteří vystupovali pod pseudonymem N. Bourbaki a v roce 1947 byli spoluorganizátory kongresu o harmonické analýze v Nancy, na který Wiener přijel a byl zde osloven, aby myšlenky z různých oborů uspořádal.

Členové skupiny Bourbaki v r. 1938

Kybernetika se tak nezrodila coby velká myšlenka Norberta Wienera, byl to ale Wiener, kdo jedinečným způsobem poskládal řadu souvisejících a podobných konceptů z nejrůznějších vědních disciplín a vybral vhodný název. Jak se ale mělo ukázat, byl Wienerův záběr přeci jen až příliš široký a kybernetiku záhy čekalo dělení a štěpení na řadu podoborů.

Odkazy

Našli jste v článku chybu?
Podnikatel.cz: Poslanci chtějí sebrat majetek Bakalovi

Poslanci chtějí sebrat majetek Bakalovi

Vitalia.cz: Test dětských svačinek: Tyhle ne!

Test dětských svačinek: Tyhle ne!

DigiZone.cz: Nova opět stahuje „milionáře“

Nova opět stahuje „milionáře“

Lupa.cz: Patička e-mailu závazná jako vlastnoruční podpis?

Patička e-mailu závazná jako vlastnoruční podpis?

DigiZone.cz: Sony MP-CL1A: miniaturní projektor

Sony MP-CL1A: miniaturní projektor

Vitalia.cz: Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Podnikatel.cz: EET pro e-shopy? Postavené na hlavu

EET pro e-shopy? Postavené na hlavu

DigiZone.cz: DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

DigiZone.cz: Technisat připravuje trojici DAB

Technisat připravuje trojici DAB

DigiZone.cz: Funbox 4K v DVB-T2 má ostrý provoz

Funbox 4K v DVB-T2 má ostrý provoz

Měšec.cz: TEST: Vyzkoušeli jsme pražské taxikáře

TEST: Vyzkoušeli jsme pražské taxikáře

DigiZone.cz: Digi Slovakia zařazuje stanice SPI

Digi Slovakia zařazuje stanice SPI

Lupa.cz: Další Češi si nechali vložit do těla čip

Další Češi si nechali vložit do těla čip

Vitalia.cz: Jak Ondra o astma přišel

Jak Ondra o astma přišel

Vitalia.cz: Fyzioterapeutka: Chůze naboso? Rozhodně ano!

Fyzioterapeutka: Chůze naboso? Rozhodně ano!

Vitalia.cz: Muž, který miluje příliš. Ženám neimponuje

Muž, který miluje příliš. Ženám neimponuje

Podnikatel.cz: Babišovi se nedá věřit, stěžovali si hospodští

Babišovi se nedá věřit, stěžovali si hospodští

Lupa.cz: Cimrman má hry na YouTube i vlastní doodle

Cimrman má hry na YouTube i vlastní doodle

Podnikatel.cz: Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

DigiZone.cz: Wimbledon na Nova Sport až do 2019

Wimbledon na Nova Sport až do 2019